铸件结构设计
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第五章 铸件的结构设计
三,铸件结构的剖分与组合
1.铸件的剖分设计 铸件的剖分设计 (1)将大铸件或 形状复杂的铸件设计 成几个较小的铸件, 经机械加工后,现利 用焊接或螺钉连接等 方法将其组合成整体.
图5-19 -
机械连接的组合床身铸件
(2)因成形工艺的局限性无法整铸的结构需采用剖 分结构.
2.铸件的组合设计 铸件的组合设计 利用熔模及气化模铸造工艺具有无需起模,能制造复 杂铸件的特点,可将原需加工装配的组合件,改为整铸件.
6.避免尺寸较大的水平面 避免尺寸较大的水平面
第二节 铸件结构设计应考虑的其它方面
一,铸件结构应考虑铸造合金的某些使用性能
二,铸件结构应考虑不同铸造工艺的特殊性
1.熔模铸件的设计 熔模铸件的设计
(a)
工艺孔
(b)
工艺肋
图5-16 -
熔模铸件平面上的工艺孔和工艺肋
2.压铸件的设计 压铸件的设计 压铸件的设计 应尽量避免凹坑和深腔,在无法避免 时,至少应便于抽芯,以便压铸件能从模中顺利取出.
A- A
B- B
图 5- 3 悬臂托架的两种结构
如图所示为圆盖铸件的两种内腔设计.对于一般盖类 铸件而言,其内腔设计的目的是为了减轻重量或使铸件的 壁厚均匀.图5-4a)的内腔设计因出口处直径小,需采用 型芯;而图b)因内腔直径D大于其高度H,故可利用模样 上挖孔,在起模后直接形成自带型芯.
5- 4 圆盖铸件的两种内腔设计
H
2,铸件的内腔设计应有利于型芯的固定,排气和简化 ,铸件的内腔设计应有利于型芯的固定, 铸件清理 图5-5所示的为 高炉风口铸件,材 质为青铜.图5-5(a) 所示的为最初的设 计,其中心孔为热 风通道,热风通道 周围是循环水的水 套夹层空间,其顶 部有两个直径较小 的孔,作为循环水 的进水与出水孔.
铸件的结构设计
（a）直角连接 （b）圆角连接 图6-35 转角处的热节
（a）直角连接 （b）圆角连接 图6-36 金属结晶的方向性
2．避免锐角连接
如图6-37（a）所示，锐角连接会由于 内角散热条件差而增大热节，容易产生缩 孔、缩松等铸造缺陷。若两壁间的夹角小 于90°，则应采取过渡形式，如图6-37（b） 所示。
（b）改进后
图6-31 内腔的两种结构
2．便于砂芯固定、排气和铸件清理
如图6-32（a）所示，轴承架铸件的内腔需要采用两个砂芯，其中较 大的砂芯呈悬臂状，需用型芯撑支撑固定；如图6-32（b）所示，将轴承 架铸件的内腔改为整体砂芯，则砂芯的稳定性大大提高，并有利于排气。
（a）改进前
（b）改进后
图6-32 轴承架铸件
铸件中垂直于分型面的不 加工表面最好有结构斜度，以 便于起模或者便于用砂垛代替 砂芯。如图6-34（a）所示的铸 件结构设计不合理，对铸件的 结构斜度进行改进后的合理设 计如图6-34（b）所示。
（a）改进前
（b）改进后
图6-34 结构斜度的设计
二、合金铸造性能对铸件结构的要求
（一）铸件壁厚设计合理
工程材料及成形工艺
铸件的结构设计
一、铸造工艺对铸件结构的要求
铸件的结构设计不应只考虑对其结构性能的影响，还应有利于提高 铸件的工艺水平。所以铸件结构应尽可能使制模、造型、造芯、合箱和 清理过程简单化，防止产生废品，并为实现机械化生产创造条件。铸件 外形力求简单，铸件内腔设计合理是铸造工艺对铸件结构的主要要求。
为保证金属液充满铸型，避免浇不足、冷隔等缺陷的产生，铸件应当有合理 的壁厚。每种铸造合金都有其适宜的壁厚，选择得当，既能保证铸件力学性能， 又能防止铸造缺陷的产生。几种常用铸件在砂型铸造时的最小壁厚如表6-7所示。
铸件的结构设计
过大的平面不利于金属液的填充，容易产生浇不到等缺陷， 在进行铸件的结构设计时，应尽量将水平面设计成倾斜形状。
避免大水平壁的结构
6、铸件结构应避免冷却收缩受阻和有利于减小变形
铸件在结构设计时，应尽量使其能自由收缩，以减小应力， 避免裂纹。如图所示的弯曲轮辐和奇数轮辐的设计，可使铸件 能较好地自由收缩。
拔模斜度在铸造工艺图上或 模型图上标出。它是对零件图 上没有结构斜度的立壁（垂直 于分型面的非加工面上），给 予的一个较小角度。
（二）铸件内腔的设计 1、 有利于砂芯的固定和排气
型芯的固定主要依靠芯头来保证，若采用图a的结构，则需要 两个型芯，而且其中大的型芯呈悬臂状态，装配时必须采用芯撑 作辅助支撑，若改成图b所示的形状，采用一个整体型芯来形成 铸件的空腔，则既可增加型芯的稳固性，又改善了型芯排气和清 理条件，显然后者的设计是合理的。
1、铸件应有合理的壁厚（铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁
厚之间）
最小壁厚：在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。 主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。 临界壁厚：各种铸造合金都存在一个临界壁厚，在砂型铸造条 件下，各种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的3倍。
缺陷：如果所设计铸件的壁厚小于允许的 “最小壁厚”，铸件就 易产生浇不足、冷隔等缺陷。在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、 缩松、结晶组织粗大等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。
铸件壁联结应尽量避免金属积聚
3）铸件壁与壁的连接 • 设计结构圆角（减小热节、内应力）
转角处形 成分界面，集 中许多杂质， 为铸件的薄弱 环节。
4、防止产生变形
某些壁厚均匀的细长铸件，较大面积的平板铸件，以及壁 厚不均匀的长形箱体都会由于应力而产生翘曲变形，应采用合 理的结构设计予以解决。
避免大水平壁的结构
6、铸件结构应避免冷却收缩受阻和有利于减小变形
铸件在结构设计时，应尽量使其能自由收缩，以减小应力， 避免裂纹。如图所示的弯曲轮辐和奇数轮辐的设计，可使铸件 能较好地自由收缩。
拔模斜度在铸造工艺图上或 模型图上标出。它是对零件图 上没有结构斜度的立壁（垂直 于分型面的非加工面上），给 予的一个较小角度。
（二）铸件内腔的设计 1、 有利于砂芯的固定和排气
型芯的固定主要依靠芯头来保证，若采用图a的结构，则需要 两个型芯，而且其中大的型芯呈悬臂状态，装配时必须采用芯撑 作辅助支撑，若改成图b所示的形状，采用一个整体型芯来形成 铸件的空腔，则既可增加型芯的稳固性，又改善了型芯排气和清 理条件，显然后者的设计是合理的。
1、铸件应有合理的壁厚（铸件壁厚介于临界壁厚和最小壁
厚之间）
最小壁厚：在各种工艺条下，铸造合金能充满型腔的最小厚度。 主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状等因素。 临界壁厚：各种铸造合金都存在一个临界壁厚，在砂型铸造条 件下，各种铸造合金临界壁厚约等于其最小壁厚的3倍。
缺陷：如果所设计铸件的壁厚小于允许的 “最小壁厚”，铸件就 易产生浇不足、冷隔等缺陷。在铸造厚壁铸件时，容易产生缩孔、 缩松、结晶组织粗大等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。
铸件壁联结应尽量避免金属积聚
3）铸件壁与壁的连接 • 设计结构圆角（减小热节、内应力）
转角处形 成分界面，集 中许多杂质， 为铸件的薄弱 环节。
4、防止产生变形
某些壁厚均匀的细长铸件，较大面积的平板铸件，以及壁 厚不均匀的长形箱体都会由于应力而产生翘曲变形，应采用合 理的结构设计予以解决。
铸件结构设计
◆注意与拔模斜度的区别： 拔模斜度：是在制定铸造工艺时 ，为了拔模方便而加上去的，一般要 切削掉。 而结构斜度：是在设计时加上去 的，不再被加工掉。
三、铸件内腔的设计 原则：减少型芯数量，利于型芯 的固定、排气和清理。 作用：防止偏芯、气孔等缺陷的 产生；简化造型工艺，降低成本。 1. 尽量节省型芯，避免不必要的 型芯
壁厚不均匀 →冷却速度不同→收缩不一致→产生热应力→厚薄连接处产生裂纹。
第二节 不同成型工艺对铸件结构的要求
原 为则防1止：热合裂理增，设可计加在铸铸件工件壁易厚艺裂处孔增设，防裂可筋。型芯定位稳固，有利于排气和清理。加工后
堵住。 > 500
15 ~ 20 10 ~ 15
12 ~ 20 ----
2）如采用丁字形、工字形、槽形或箱形结构，脆弱处安加强筋。
◆外圆角还可美化铸件外形；
原则：外形设计应便于起模，简化造型工艺。
设计铸件壁的连接或转角时，也应尽力避免金属的积聚和内应力的产生。
◆注意与拔模斜度的区别：
第二节 铸件结构与合金铸造性能的关系
拔模斜度：是在制定铸造工艺时，为了拔模方便而加上去的，一般要切削掉。
表2-13 砂型铸造铸件的最小壁厚 (mm)
原则2：铸件壁后应均匀，避免厚大截面 所谓铸件壁厚的均匀性是使铸件各壁的冷却速度相近，并非 要求所有的壁厚完全相同。 ◆缺陷分析： 壁厚差别过大 → 厚壁处易于产生缩孔、缩松缺陷。 壁厚不均匀 →冷却速度不同→收缩不一致→产生热应力→ 厚薄连接处产生裂纹。
2、铸件壁的连接 设计铸件壁的连接或转角时，也应尽力避免金属的积聚和内 应力的产生。 原则1： （1）铸件的结构圆角 ——铸件结构的基本特征 结构圆角可使铸件壁间的转角处避免热节、减轻应力集中、 改善结晶方向，从而提高转角处的机械性能。 ◆外圆角还可美化铸件外形；内圆角还可防止金属液冲坏型 腔尖角。铸造内圆角的大小应与铸件的壁厚相适应。表2-15。
三、铸件内腔的设计 原则：减少型芯数量，利于型芯 的固定、排气和清理。 作用：防止偏芯、气孔等缺陷的 产生；简化造型工艺，降低成本。 1. 尽量节省型芯，避免不必要的 型芯
壁厚不均匀 →冷却速度不同→收缩不一致→产生热应力→厚薄连接处产生裂纹。
第二节 不同成型工艺对铸件结构的要求
原 为则防1止：热合裂理增，设可计加在铸铸件工件壁易厚艺裂处孔增设，防裂可筋。型芯定位稳固，有利于排气和清理。加工后
堵住。 > 500
15 ~ 20 10 ~ 15
12 ~ 20 ----
2）如采用丁字形、工字形、槽形或箱形结构，脆弱处安加强筋。
◆外圆角还可美化铸件外形；
原则：外形设计应便于起模，简化造型工艺。
设计铸件壁的连接或转角时，也应尽力避免金属的积聚和内应力的产生。
◆注意与拔模斜度的区别：
第二节 铸件结构与合金铸造性能的关系
拔模斜度：是在制定铸造工艺时，为了拔模方便而加上去的，一般要切削掉。
表2-13 砂型铸造铸件的最小壁厚 (mm)
原则2：铸件壁后应均匀，避免厚大截面 所谓铸件壁厚的均匀性是使铸件各壁的冷却速度相近，并非 要求所有的壁厚完全相同。 ◆缺陷分析： 壁厚差别过大 → 厚壁处易于产生缩孔、缩松缺陷。 壁厚不均匀 →冷却速度不同→收缩不一致→产生热应力→ 厚薄连接处产生裂纹。
2、铸件壁的连接 设计铸件壁的连接或转角时，也应尽力避免金属的积聚和内 应力的产生。 原则1： （1）铸件的结构圆角 ——铸件结构的基本特征 结构圆角可使铸件壁间的转角处避免热节、减轻应力集中、 改善结晶方向，从而提高转角处的机械性能。 ◆外圆角还可美化铸件外形；内圆角还可防止金属液冲坏型 腔尖角。铸造内圆角的大小应与铸件的壁厚相适应。表2-15。
《铸件结构设计》课件
2
刚度原则
铸件应设计成足够刚度，以保证在工作载荷下不易出现变形或弹性变形，以保证工作的稳定 性和精度。
3
密封原则
当铸件需要有密封性能时，应考虑设计中的各个部位形状和尺寸要求，以保证密封性能达到 要求。ห้องสมุดไป่ตู้
4
工艺性原则
铸件结构设计要充分考虑其铸造工艺的可行性和合理性，以便在制造过程中保证尽可能高的 效率和质量。
铸件结构设计的对象和 内容
铸件结构设计主要面对的是 铸造件的结构设计，包括铸 件的形状、尺寸、结构布局、 壁厚和加工余量等方面的设 计。
铸造工艺及质量要求
铸造工艺的种类
铸造工艺包括砂型铸造、永久模 铸造、压力铸造、熔模铸造和精 密铸造等多种方法，各种方法的 适用范围和优缺点不同。
铸造工艺对铸件质量的影响 铸件的质量要求
5
经济性原则
铸件结构设计要考虑其生产成本和整体能耗，以保证生产过程合理、经济、环保。
铸件结构设计方法
铸件形状和尺寸的确定
铸件的形状和尺寸是根据使用要 求来确定的，同时也受到各种因 素的限制，例如铸造工艺、加工 工艺和热处理等因素。
铸件外形的确定
铸件的外形应该尽可能地简单明 了，以便于加工和生产。同时， 还要考虑各种安全保护措施和外 观装饰要求。
铸件结构设计实例
小齿轮铸件
受力状态复杂，要求高精度、高 强度和高韧性。设计中需要考虑 齿面与轴的径向和轴向间隙、连 通孔位置和形状、冷却设计等问 题。
大型车轮铸件
铸造难度大，生产环境复杂，设 计中要考虑车轮齿面和轮胎的结 合方式和位置、轮缘厚度分布、 余量和受力分析等问题。
冷却器外罩铸件
要求外观美观、耐腐蚀、耐高温、 变形小。设计中需要考虑壁厚的 变化、缩短性和焊接等方面。
4铸件结构设计
铸件的壁厚应尽可能均匀：
散热条件 不同，易 引起应力
铸件壁的联结： 结构圆角：如图所示； 避免锐角联结：如图所示； 厚壁与薄壁的联结要逐步过渡：
一定要设置 铸造圆角！
防裂筋的应用：
减缓筋、辐收缩的阻碍：
减少和简化分型面：如图所示
凸台和筋条结构应便于起模：
改进铸件的内腔结构以减少砂芯： 如图所示
改为 工字型
垂直分型面上的不加工表面最好有结构斜度： 如图所示：
有足够的芯头，以便于型芯的固定、排气和清理： 如图所示：
型芯撑
工艺孔
减少清理铸件的工作量： • 铸件清理包括：清除表面粘砂、内部残留砂芯、 去除浇注系统、冒口和飞翅等； 1.8简化模样和芯盒的制造： 1.9大型复杂件的分体铸造和简单小件的联合铸造：
二 铸件结构和合金铸件性能的关系
铸件的主要缺陷：气孔、砂眼、渣眼、缩 孔、粘砂、夹砂、错箱、偏芯、浇不足、冷隔、 裂纹、白口等；
从避免缺陷方面审查铸件结构： 铸件应有合适的壁厚： ①“最小壁厚” ； ②承载能力与壁厚的关系； ③选择合理的截面形状，如图所示；
太厚！ 散热不均 易引起应力
改为 加强筋。
第四节 铸件结构设计
铸件结构工艺性分析
符合铸造生产 的工艺要求
技术经பைடு நூலகம் 合理
• 结构设计的一般方法： 主要有：壁厚、筋、孔、凸台等结构的设计。 • 设计原则： 在保证铸件质量的条件下，应简化铸造工艺， 提高生产率，降低成本。
一 铸件结构与铸造工艺的关系
从简化铸造工艺方面改进零件结构： 取消铸件外表侧凹： 如图所示：
铸件结构设计 铸件圆角
铸件结构设计铸件圆角
铸件结构设计中的圆角设计是非常重要的，它不仅可以提高零件的美观性，还能够减少应力集中，延长零件的使用寿命。
在进行铸件结构设计时，圆角的设置需要考虑以下几个方面：
1. 强度和耐久性，圆角的设置可以降低零件的应力集中，减少裂纹和疲劳破坏的可能性，从而提高零件的强度和耐久性。
2. 成型性，在铸造过程中，尖角部分容易产生气孔和裂纹，而圆角可以减少这种可能性，提高铸件的成型质量。
3. 清理和润滑，具有圆角设计的铸件表面更容易清理和润滑，有利于零件的装配和维护。
4. 美观性，圆角设计可以使铸件外观更加圆润、美观，提升产品的整体形象。
在进行铸件圆角设计时，需要根据具体的零件形状、材料和工艺要求来确定圆角的尺寸和位置。
一般来说，圆角的半径大小应该根据零件的具体尺寸和使用要求进行合理的选择，既要考虑强度和
耐久性，又要考虑成型性和美观性。
此外，还需要注意圆角的过渡是否平滑，避免出现过渡不良的情况。
总的来说，铸件结构设计中的圆角设计是一个综合考虑强度、成型性、美观性等因素的重要环节，合理的圆角设计能够提高铸件的质量和性能，降低零件的失效风险，因此在实际设计中需要引起足够重视。
铸件设计规范
小鸭模具铸件设计规范一、铸件的铸造精度※模具设计时必须考虑要铸件的铸造精度二、铸件的结构设计1>筋的厚度及间距筋的厚度及间隙应注意看与厂家签订的技术要求，一般筋厚不低于30mm；筋的间距（图中A、B尺寸）一般为筋厚（T）8~12倍。
压料圈的筋间距一般取10倍，压料板可以取12~14倍，模板外周加强筋的间距可取至14~18倍2>筋的布置尽量避免斜交差米字型筋▼非直角时加大圆角▼筋设置避免集中交叉(T 字型筋为首选▼筋厚尽量均匀▼铸造困难处、或埋死、或开孔实型贴角困难处，手指不能伸进处都可视为铸造性不佳▼不同宽的筋交叉时的注意事项▼3>铸造孔设计减重孔▼可能情况下，筋全部设减重孔，但是铸件强度不足时，应慎重对待。
窥视孔从侧面查看压料板等是否到底▼为测定间隙，在上、下模的压件器，导向腿处开40X60 的窥视孔▼连接功能铸造孔▼偏重心的铸空，当浇入铁水，实型气化后，砂芯会因偏重而变形，特别是铸空大、偏重心大时，必须在侧设置铸造孔与另一砂芯连接，以实现加强的功能。
废料滑道用铸孔，为方便安装滑道、清砂等▼安装零件用铸造孔▼安装冲孔凸模和斜楔滑块等用铸造孔排水孔▼模具清洗时，在模具不翻转的情况下保证清洗液流出，特别是带侧冲部件等；清除机械加工时的碎屑；漏水孔应该设计在立筋之间，应在铸造时铸出必须图纸说明，下凹的部件应设置一个以上装夹孔▼拉延凸模、压料板和侧冲滑块等铸件装夹用，设置于侧面最小100×40铸出孔或凹槽带型面的铸件如拉延凸模，在型面一侧应加工艺凸台H<3A 或3B 时，上下侧挖空；H＞3A 或3B 时，侧面挖空▼侧挖空尺寸▼注：A＜100 时，则B=A；200＜A＜100 时，则B=1.5A；A>200 时，B(最大)=3A 超过上述规定时，在上、下底面及侧筋上开孔，见下图▼三、铸件的空刀设计加工面的空刀一般取10mm，挡块部分可取5mm两加工面相交处的空刀槽，宽度最小30mm，深度最大20mm四、倒角设计原则上凸角取5 X45°，凹角取15X45°，有强度要求时也可取大于上述值；铸件起吊时钢丝绳经过的部分去R20以上。
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铸件结构设计：
①保证其工作性能和力学性能要
求、考虑铸造工艺和合金铸造 性能对铸件结构的要求； ②铸件结构设计合理与否，对铸 件的质量、生产率及其成本有 很大的影响。
§5-1 铸件设计的内容
一.铸件的外形设计
铸件的外形必须力求简单、造型方便； 应具有最少的分型面，从而避免多箱造 型和不必要的型芯。
不好的铸件结构
较好的铸件结构
对细长件或大而薄的平板件， 为防止弯曲变形，应采用对称或 加肋的结构。
不好的铸件结构
较好的铸件结构
灰铸铁件壁及肋厚参考值
铸件质量/㎏ 5 铸件最 大尺/㎜ 300 外壁厚 度 /㎜ 7 内壁 厚度/ ㎜ 6 肋的厚 度 /㎜ 5 零件举例 盖、拨叉、轴套、端盖
§5-2 结构设计时应考虑的其它方 面 一、应用性能
二、不同铸造工艺的特殊性
三、结构的剖分与组合
结 束
不好的铸件结构
较好的铸件结构
铸件上部大的水平面（按浇注位置） 最好设计成倾斜面，以免产生气孔、 夹砂和积聚非金属夹杂物。
不好的铸件结构
较好的铸件结构
为了防止裂纹，尽可能采用能够 自由收缩或减缓收缩受阻的结构， 如轮辐设计成弯曲形状。
不好的铸件结构
较好的铸件结构
厚壁与薄壁相连接要逐步过渡， 不能采用锐角连接，以防止出现缩 孔、缩松和裂纹。
不好的铸件结构
较好的铸件结构
加强肋的布置应有利于取模；
不好的铸件结构
较好的铸件结构
铸件侧面的凹槽、凸台的设计应有利 于取模，尽量避免不必要型芯和活块；
不好的铸件结构
较好的铸件结构
应注意避免不必要的曲线和圆角 结构；
不好的铸件结构
较好的铸件结构
沿着起模方向的不加工表面， 应给出结构斜度：
壁厚应均匀，不应过厚或过薄；
壁厚不均匀，应有利于定向凝固。
较好的铸件结构
不好的铸件结构
最小壁厚：
每种铸造合金都有其适宜的壁厚， 不同铸造合金所能浇注出铸件的 “最小壁厚”也不相同。 主要取决于合金的种类和铸件的 大小（表5-2）。
四．铸件壁（肋）间的连接设计
铸件内表面及外表面转角的连接处 应为圆角，以免产生裂纹、缩孔、粘 砂和掉砂缺陷。（表5-4）
第五章 铸件的结构设计
本章学习的根本目的是掌握铸件 结构设计的基本内容以及结构设计 应注意的事项。
要求掌握铸件外形、内腔、壁厚、 肋间连接等设计的基本原则；
熟悉铸件结构设计时形状、尺寸 等有关规定； 了解铸件结构设计对使用性、工 艺性、经济性等的影响。 重点：铸件外形、内腔、壁厚、 筋间连接等的设计。 难点：型 101~500 501~800 801~1200
500
750 1250 1700 2500 3000
8
10 12 14 16 18
7
8 10 12 14 16
5
6 8 8 10 12
挡板、支架、箱体、闷盖
箱体、电动机支架、溜板箱、托架 箱体、液压缸体、溜板箱 油盘、带轮、镗模架 箱体、床身、盖、滑座 小立柱、床身、箱体、油盘
不好的铸件结构
较好的铸件结构
二．铸件的内腔设计
内腔必须力求简单、尽量少用或 不用型芯。
不好的铸件结构
较好的铸件结构
型芯在铸型中必须支撑牢固和便 于排气、固定、定位和清理；
不好的铸件结构
较好的铸件结构
为了固定型芯，便于清理型芯， 应增加型芯头或工艺孔。
不好的铸件结构
较好的铸件结构
三．铸件壁厚设计